Определение места повреждение ОВ

Поиск места повреждения ОВ выполняется с помощью прибора оптического рефлектометра (OpticalTimeDomainReflectometer, OTDR) – это электронно-оптический измерительный прибор‚ используемый для определения характеристик оптических волокон. Он определяет местонахождение дефектов и повреждений‚ измеряет уровень потерь сигнала в любой точке оптического волокна. Все‚ что нужно для работы с оптическим рефлектометром‚ – это доступ к одному концу волокна. Каждый тип неоднородности (сварное соединение волокон, трещина, оптический разъем и т.д.) имеет свой характерный образ на дисплее OTDR, и может быть легко идентифицирован оператором (рис. 10.1). В автоматическом режиме OTDR сам определяет тип неоднородности, рассчитывает потери на участках линии, коэффициенты отражения от неоднородностей и т.д.

Рисунок 10.1 Типичная рефлектограмма линии передачи. По вертикальной оси в логарифмическом масштабе откладывается относительная мощность вернувшихся в рефлектометр импульсов, а по горизонтальной оси расстояние до места отражения Так, например, отражающие неоднородности (разъемные соединения волокон, трещины, торец волокна) проявляются на рефлектограмме в виде узких пиков, а неотражающие неоднородности (сварные соединения и изогнутые участки волокон) - в виде изгибов в рефлектограмме. Участки рефлектограммы, расположенные между неоднородностями, имеют вид прямых линий с отрицательным наклоном. Угол наклона этих прямых прямо пропорционален величине потерь в волокне.

Наиболее важное измерение‚ осуществляемое с помощью рефлектометра‚ – это определение места дефекта или обрыва волокна. Чтобы устранить повреждение‚ нужно определить его точное местонахождение. Френелевское отражение имеет место у большинства повреждений волокна. Оно выглядит как неожиданный всплеск на рефлектограмме волокна‚ указывающий на то‚ что импульс рефлектометра встретил на своем пути резкое изменение плотности стекла‚ т.е. встретил воздух в конце волокна. Расстояние до этого отражения на рефлектограмме показывает та точка‚ на которой появился всплеск. Если рефлектограмма после этого отражения возвращается к уровню обратного рассеяния‚ значит‚ волокно оборвано не полностью. То‚ насколько уровни обратного рассеяния до и после отражения отличаются друг от друга‚ говорит о том‚ сколько света потеряно на повреждение или дефект. Многие механические оптоволоконные соединения вызывают френелевское отражение. Для того чтобы не спутать их с повреждениями‚ надо знать те места‚ где они находятся в волокне. Если после отражающего события (неоднородности) появляется обратное рассеяние ‚ то это событие‚ вероятно‚ является механическим соединением. Если же после отражения появляется только шум‚ то это‚ вероятно‚ конец волокна.

Рисунок 10.2. Определение местонахождения конца волокна

Оптический кабель проектируется и применяется с таким расчетом, чтобы срок службы линии передачи был не менее 25 лет. Такой кабель, если он эксплуатируется в штатном режиме, обладает высокой степенью надежности. Но все же, за 25 лет кабель может быть поврежден случайно или умышлено. Случайные повреждения кабеля происходят, в основном, при земляных работах (около 40 %), умышленно его повреждают при кражах кусков кабеля (думая, что медный) или при стрельбе по нему из охотничьих ружей. Кроме того, кабель может быть поврежден грызунами или на линии может произойти авария (подвижка грунта, наводнение, удар молнии и т.д.). В большинстве случаев (~80 %) повреждаются сразу все волокна в кабеле, что приводит к простою линии и, соответственно, к большим финансовым потерям. Для примера, типичная стоимость простоя локальной сети за рубежом составляет около 100 тыс. долларов в минуту. Поэтому место повреждения кабеля должно быть найдено максимально быстро. Однако сделать это, учитывая большую протяженность регенерационного участка линии (типичная длина ~100 км), часто бывает сложно. С помощью рефлектометра можно измерить с хорошей точностью (порядка нескольких метров) длину волокна от начала линии до места повреждения волокна. Однако знания длины волокна недостаточно для того, чтобы определить положение места повреждения кабеля на трассе. Для этого нужно ещё осуществить привязку рефлектограммы к местности. Сделать это необходимо потому, что длина волокна, уложенного в кабель, обычно превышает длину кабеля, а длина кабеля в свою очередь превышает длину трассы. Общим для всех конструкций оптического кабеля является то, что деформации кабеля, неизбежно возникающие под действием окружающей среды, не должны приводить к возникновению напряжения в волокне. Только в этом случае удается избежать появления в волокне дополнительных потерь и обеспечить большой срок службы кабеля. Так, например, для достижения срока службы ~25 лет величина относительного удлинения волокна не должна превышать 0.2 %, что в несколько раз меньше допустимой величины относительного удлинения кабеля. Наиболее простым конструктивным решением, обеспечивающим механическую развязку волокна от несущих элементов кабеля, является свободная укладка волокна в кабель в виде спирали. При этом избыток волокна должен быть достаточно большим для того, чтобы деформации, которым подвергается кабель, приводили только к изменению шага спирали, и не создавали в волокне натяжения.

Величина избытка волокна зависит от конструкции кабеля. Так, например, волокно может быть уложено в виде спирали в трубчатом модуле (пластмассовом или металлическом) (рис. 10.3). Избыток волокна в таком модуле составляет 0.4...0.8%. Эти модули обычно свиваются слоями (повивами) вокруг центрального элемента кабеля. Возникающий при этом избыток волокна может достигать уже нескольких процентов. Для оценки – при избытке волокна около 3 % на расстоянии 30 км длина волокна может превысить длину кабеля примерно на 1 км.

Рисунок 10.3. Схема, поясняющая возникновение избытка волокна при его укладке в модуле

В свою очередь, длина кабеля может значительно (в 1.5 раза) превысить длину трассы. Происходит это потому, что кабель должен обходить различные препятствия и, кроме того, в линии имеются конструктивные запасы кабеля необходимые для его ремонта. Поэтому, несмотря на то, что с помощью рефлектометра можно с достаточно хорошей точностью измерить длину волокна от начала линии до места её повреждения, положение места повреждения волокна на местности будет известно с невысокой точностью порядка нескольких сот метров (рис. 10.4).

Рисунок 10.4. Схема, поясняющая причины возникновения неопределенности при определении места повреждения волокна

Неопределенность в определении места повреждения волокна можно уменьшить, представив рефлектограмму как функцию длины кабеля (а не как функцию длины волокна). Сделать это можно, если вместо группового показателя волокна установить в рефлектометре некий эффективный показатель преломления n_эфф, позволяющий учесть избыток волокна в кабеле. Для того, чтобы рассчитать величину n_эфф, нужно знать длину кабеля L_K (её можно взять, например, из документации на кабель), групповой показатель преломления волокна n_г (он обычно указывается производителем в спецификации на волокно) и длину волокна L_B (она измеряется рефлектометром).

n_эфф = (L_К×n_Г) / L_K

Найти величину n_эфф можно и несколько иным способом, используя при вычислениях рефлектометр. Для этого надо установить курсоры на начало и конец кабельного участка известной длины и подобрать такое значение показателя преломления, при котором оптическая длина волокна будет равна физической длине кабеля. Далее с помощью функции автопоиска надо идентифицировать все строительные длины кабелей в линии и ввести в рефлектометр соответствующий им эффективный показатель преломления. В результате рефлектограмма будет представлена, как функция длины кабельной линии. На следующем этапе проводится привязка рефлектограммы к местности. Для этого, после завершения монтажа каждой муфты, записываются метки на кабеле с указанием его длины, а также километраж железной дороги или другого протяженного объекта, вдоль которого прокладывается кабель. В большинстве случаев такую привязку удается осуществить, так как из-за больших цен на землеотвод операторы связи стремятся использовать уже готовые инфраструктуры. Поэтому кабели часто прокладывают вдоль железных дорог ("Компания Транстелеком"), линий электропередач ("Ростелеком") или в полосе отчуждения газопроводов ("Газтелеком") и нефтепроводов ("Связьтранснефть"). Если положение муфты на местности известно, то при определении места повреждения волокон расстояние можно отсчитывать не от начала линии, а от ближайшей муфты.Это расстояние (порядка строительной длины кабеля 2…5 км) значительно меньше длины регенерационного участка линии (~100 км) и неопределенность в определении места повреждения волокна будет, соответственно, значительно меньше. Кроме того, на относительно коротком участке трассы проще учесть изгибы кабеля и его конструктивные запасы. При строительстве линий передачи часто используется технология прокладки кабеля в грунт. В этом случае возникает проблема поиска трассы. В России в грунт обычно прокладывают кабель бронированный стальной проволокой. Поэтому поиск трассы с таким кабелем (за счет наличия в нем металла) выполнить достаточно просто. В Казахстане, а иногда и в России, применяется технология задувки (затяжки) легкого небронированного кабеля в предварительно проложенную в грунт защитную пластмассовую трубку. Для облегчения поиска трассы с таким кабелем на некотором расстоянии поверх него в землю закапывается специальная металлическая лента. На этой ленте указывается километраж, и делаются надписи о том, что под ней находится оптический кабель (а не медный). Некоторые линии передачи, обладающие большой пропускной способностью, снабжены системой дистанционного мониторинга. Эта система позволяет проводить трассировку линии передачи по географической карте, обеспечивая соответствие между маркерами установленными на этой карте и расстояниями на рефлектограмме. При этом на электронной карте местности отображается положение всех узлов кабеля: муфт, конструктивных запасов кабеля, кабельных колодцев, изгибов кабеля и т.д. Рабочее окно карты дает возможность вводить дополнительную информацию и осуществлять поиск узлов кабеля и мест обрыва волокна.

Заключение.

В данном курсовом проекте был разработан проект строительства магистральной волоконно-оптической линии передачи между городами Новосибирск и Куйбышев. В проекте были рассмотрены вопросы строительства: прокладка кабеля с использованием кабелеукладчика, прокладка ОК в кабельной канализации связи, на переходах через автомобильные и железные дороги. На основе исходных данных было рассчитано необходимое число каналов, параметры оптического волокна. По рассчитанным параметрам мы выбрали тип оптического кабеля и тип аппаратуры. Также была приведена схема размещения регенерационных участков. В заключение всей курсовой работы была приведена смета на строительство и монтаж ВОЛС, а также расчет параметров надежности.

Список используемых источников

1. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи: Учебник для вузов – М.: Радио и связь, 1988. – 544с.

2. ЛиствинА. В., Листвин В. Н. Рефлектометрия оптических волокон – М.: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с

3. Техническая документация для мультиплексора FlexGain A155

4. http://maps.mail.ru. Карты местности.

5. http://ru.wikipedia.org. Характеристика оконечных пунктов.

6. http://www.soccom.ru. Техническая документация по оптическому кабелю производства ЗАО «Самарская Оптическая Кабельная Компания»